P. Beaulieu

EffEt dE microlEntillE
gravitationnEllE :
commEnt détEctEr dEs
planètEs par EffEt dE
microlEntillEs
spécificité dE
la méthodE dEs
microlEntillEs
grand rElEvé dE
microlEntillEs
rEchErchE dE planètEs
par microlEntillE
Pour en savoir plus
http://planet.iap.fr
http://holmes.iap.fr
Participants de l’IAP (ou ayant été à l’IAP) : V. Batista, J.P.
Beaulieu, A. Cassan, C. Coutures, S. Dieters, A. Gould, D.
Kubas, J.B. Marquette, C. Ranc, P. Tisserand
Quand un objet compact (étoile, planète, trou noir) passe près de la ligne de visée d’une
étoile d’arrière-plan, il joue le rôle d’une lentille gravitationnelle en provoquant une am-
plification du flux lumineux de la source. C’est un phénomène rare, avec une probabilité
de l’ordre d’un millionième vers le bulbe de notre galaxie. La durée du phénomène est de
30 jours pour une étoile de 0,3 masse solaire, un jour pour une planète comme Jupiter,
quelques heures pour une planète de type terrestre.
- Phénomène transitoire qu’on observe qu’une fois
- Sensibilité à des planètes de la masse de Jupiter jusqu’à celle de la Terre
- Maximum de sensibilité obtenu pour une planète à ~1 RE de son étoile
- Planètes détectables jusqu’à la distance du centre de notre Galaxie, alors
que les autres méthodes n’accèdent qu’à des planètes du voisinage solaire
- Détection de planètes autour d’étoiles de faible brillance
- Seule manière pour détecter des planètes errantes froides
- Espoir de détecter des planètes dans une galaxie voisine
Au début des années 1990 les expériences EROS (voir le panneau sur cette mission),
MACHO (Massive Compact Halo Objects) et OGLE (Optical Gavitational Lensing
Experiment) ont commencé à sonder le halo et le disque de notre Galaxie en utilisant
cet effet. De quelques dizaines de microlentilles par an à compter de 1995, on est
passé à quelques centaines à partir de 2003. Avec depuis 2005 le télescope MOA
(Microlensening Observations in Astrophysics) basé en Nouvelle-Zélande, c’est plus de
2500 microlentilles qui ont été annoncées par OGLE et MOA en 2013, qui disposent de
caméras de 1.4 et 2 degrés carrés respectivement. Ils observent des champs du Bulbe
galactique avec une fréquence de 10 min à quelques heures.
résEau dE télEscopEs
« planEt »
Dès les premières microlentilles détectées en temps réel en
1995, une collaboration internationale, PLANET (Probing Len-
sing Anomaly NETwork), s’est mise en place. PLANET est un
réseau de télescopes (Chili, Australie Hobart et Perth, Afrique
du Sud) chargé de réaliser un suivi photométrique de micro-
lentille 24h/24, avec une analyse temps réel pour détecter
des anomalies dues à des planètes extrasolaires. Mû par un
grand enthousiasme, les astronomes de PLANET observèrent
alors les microlentilles disponibles pendant les mois de l’hiver
austral et développèrent des chaînes de traitement photomé-
trique, des outils d’analyse en ligne et de modélisation. C’est à
partir de 1997 que le projet entra dans une phase d’opération
régulière, avec une trentaine de scientifiques d’une dizaine de
pays différents.
En 2002, le leadership de PLANET fut transféré de la fondatrice P. Sac-
kett à J.P. Beaulieu à l’IAP. Ainsi l’IAP devint le cœur du réseau, tout
d’abord avec le soutien de l’INSU, puis par l’ANR HOLMES.
Dans la période 2002 - 2004, notre stratégie observationnelle était cen-
trée sur la détection de Jupiters. Compte tenu des données accumulées,
il est clair que la fraction des Jupiters en orbite autour des naines MK
est au maximum de 30 % (Gaudi et al. 2002). Nous avons donc modifié
notre stratégie observationnelle pour augmenter notre sensibilité aux
Neptunes/Super-Terres.
En 2004 une première planète fut découverte par MOA et OGLE (Bond
et al., 2004), donc par les grands relevés et pas par les réseaux de téles-
copes. 2005 vit enfin nos efforts récompensés, avec la participation à
la détection d’un Jupiter (Udalski et al., 2005), puis la découverte de
la première super-Terre glacée en orbite autour d’une étoile naine M
(Beaulieu et al., 2006).
En 2006 l’équipe µFUN publia aussi une Neptune détectée par micro-
lentille (Gould et al., 2006) et confirma que ces planètes devaient être
abondantes.
A partir de fin 2006, les différentes équipes en compétition/coopéra-
tion (PLANET, µFUN, MOA, OGLE) se fédèrent en un grand consortium
mondial partageant données, codes, pipelines pour maximiser leur effi-
cacité.
Courbe de lumière observée et meilleur modèle tracé en fonction du temps de
la microlentille OGLE 2005-BLG-390. Le jeu de données est composé de 650
points de mesure pris avec les télescopes de PLANET : Danois La Silla, Perth,
Canopus, RoboNet Faulkes Nord, ainsi que OGLE et MOA. La planète est de
masse ~5 masses terrestres sur une orbite de ~2,8 UA autour d’une étoile naine
M du disque de notre Galaxie, de masse ~0,20 masse solaire (Beaulieu et al.,
2006). Note : UA = distance moyenne Terre - Soleil
résultats dans la périodE 2007-2013 :
Entre 2007 et 2011, nous avons découvert (ou participé à la découverte) entre 3 et 6 planètes par an.
En 2012, ce sont 22 planètes qui ont été détectées. Parmi les résultats importants :
• Avoir une planète est plutôt la règle qu’une exception pour les étoiles de notre galaxie.
• Découverte de planètes plus massives que Jupiter en orbite autour d’étoiles de faible masse,
en contradiction avec les prédictions des scénarios de formation des systèmes planétaires par
accrétion de cœur.
• Une planète de la masse de Saturne en orbite autour d’une étoile située dans le bulbe de notre Galaxie.
• Détection de plusieurs super-Terres, Neptunes, Saturnes, Jupiters.
• Une planète de 3,2 masses terrestres en orbite autour d’une étoile de faible masse (0,08 masse solaire)
• Observation simultanément d’une microlentille depuis le sol et avec le satellite DEEP IMPACT pour
utiliser la parallaxe Terre-espace permettant de contraindre les paramètres physiques du système à 10
% de précision.
• Un modèle réduit à l’échelle ½ de notre système solaire comportant une étoile de 0,5 masse solaire
et deux géantes gazeuses similaires à Jupiter et Saturne.
dEs tErrEs gEléEs
aux tErrEs habitablEs :
2013-2025
La communauté « microlentille » mondiale comporte envi-
ron 150 chercheurs. La prochaine étape (2012 - 2018) est de
mesurer les statistiques des Terres froides en utilisant un ré-
seau de télescopes munis de caméra grand champ. L’équipe
de l’IAP continue son investissement dans cette phase, en
participant activement à l’exploitation de deux télescopes
en Australie (SkyMapper et un nouveau télescope de 1,3m
en Tasmanie) qui opérent conjointement avec ceux de OGLE
(Chili), WISE (Israël), MOA (Nouvelle Zélande) et en aidant
au déploiement d’un site en Afrique du Sud/Namibie.
L’objectif 2020+ sera de détecter des planètes froides de
masse martienne, puis des planètes de masse terrestre ha-
bitables. La machine idéale est un futur imageur infrarouge
grand champ dans l’espace nommé EUCLID. Dès 2007,
HOLMES a été le promoteur de la synergie entre mission
de mesure de l’Energie Noire et de recherche de planètes
par microlentilles. En 2010, le Decadal Survey américain a
classé comme priorité 1 pour la prochaine décade le satellite
WFIRST, un imageur grand champ dans l’espace, avec Dark
Energy et une étude statistique des planètes extrasolaires
par microlentille. Il est remarquable qu’une vision promue
pour la première fois en France soit suivie par le rapport de
prospective américain !
Le satellite EUCLID
Quand l’observateur, la lentille et la source sont exactement alignés, l’amplification est maximum et
l’image de l’étoile source est un anneau de rayon 1 RE (rayon d’Einstein dépendant de la masse et des
distances entre l’observateur, la source et la lentille). Dès 1992, Gould et Loeb montrèrent que les
microlentilles (une étoile comme lentille) offrent un moyen très efficace pour découvrir des planètes
autour de ces étoiles.
1/ Détecter en temps réel des microlentilles alors qu’elles sont en cours d’amplification
Surveillance de 200 millions d’étoiles chaque nuit, à l’aide de télescopes équipés d’une caméra
grand champ.
2/ Réaliser un suivi photométrique 24h/24 en utilisant un réseau mondial de télescopes
- Observations coordonnées des cibles avec le meilleur potentiel pour détecter des planètes
- Analyse de données photométriques en temps réel pour affiner les stratégies d’observation
- Distribution par internet des données et modèles (http://planet.iap.fr)
- Observations complémentaires avec système d’optique adaptative (KECK, VLT, SUBARU)
et/ou HST
Renard du désert, compagnon des
chasseurs de planète à La Silla
Rayon de l’orbite en fonction de la masse des planètes
découvertes par différentes méthodes : vitesses radiales,
transits, détections directes et microlentilles (points rouges).
Nous montrons aussi les 3215 candidats détectés par
KEPLER. Le contour jaune indique la zone de sensibilité
par microlentilles de PLANET, le contour rouge en utilisant
un réseau mondial de télescopes avec caméra grand
champ (2013-2018), et en rose un programme de 4 mois
dédiés à bord d’EUCLID. Le nombre de planètes de masse
terrestre attendu d’EUCLID est d’environ 30 à 60 suivant les
hypothèses sur la fonction de masse des planètes. EUCLID
est sensible à toutes les planètes de notre système solaire
(sauf Mercure), ainsi qu’aux planètes telluriques éjectées au
cours du processus de formation.
Vue d’artiste du système constitué d’une
super-Terre glacée autour d’une étoile naine M
(Beaulieu et al. 2006). Ces systèmes doivent
être communs dans notre galaxie.